新型太陽能電池技術對環境的影響

更高效的太陽能電池板聽起來很棒。但是，如果這些新面板消耗更多有毒材料，或者它們的生產消耗大量能量怎么辦?萊頓環境科學家與Fraunhofer ISE的同事在《能源與環境科學》雜志的新出版物中解決了這個多方面的問題。

更高效的太陽能電池

第一作者卡洛斯·菲利普·布蘭科(Carlos Felipe Blanco)表示：“我們的研究幫助開發人員將精力集中在最有效的可持續途徑上，從而實現可再生能源帶來的更光明的未來。” “為了評估一項新技術對整個環境的影響，我們應該研究從生產到廢物的整個生命周期。”

當前的太陽能電池板通常由硅制成。這種材料便宜且無毒，但是將陽光轉化為電能不是很有效。一種更先進的太陽能電池技術(III-V /硅串聯太陽能電池)在硅的頂部結合了非常薄的元素層，例如鎵，銦和砷，從而使其能夠從日光中產生近50%的電能。但是，這些材料中的某些材料可能比硅更具毒性，并且將它們摻入電池中需要在高溫下進行處理，從而消耗大量電能。

環境影響

尚未安裝使用III-V /硅電池的太陽能發電廠，因為它們仍處于早期研發階段。Blanco解釋說：“我們研究了這些先進電池生命周期各個階段對環境的潛在影響。” 通過這種方式，研究人員發現III-V /硅電池對環境的最大影響來自必須使用發電廠的電力來制造它們。尤其是當這些發電廠仍然依靠燃燒煤炭時。“這不僅通過CO 2排放影響了氣候，而且燃煤產生的有毒煙霧還以各種其他方式影響了生態系統。”

Fraunhofer ISE的Frank Dimroth補充說：“可以通過開發更具能源效率的制造工藝，當然可以通過發展更具可持續性的電力來克服這種影響。令人驚訝地注意到，新的太陽能電池技術對環境的影響依賴于今天我們如何用化石燃料發電的方式。”

研究人員進一步證實了-由于新電池的高轉換效率，最終每單位發電所需的材料更少。布蘭科：“這表明，不斷創新的太陽能電池技術和更節能的技術可以降低太陽能電池對環境的影響。”

權衡取舍

Blanco和他的同事們依靠幾種模型，這些模型考慮了許多可能的工業化場景-更具創新性或保守性。“這種精心設計的框架以及模型中前所未有的詳細程度，使我們能夠為技術開發人員和政策制定者提供非常具體的指導。我們發現了一些重要的事情，但我們也發現了許多起初并不重要的事情例如，在毒性或資源消耗方面，鎵和砷的使用并未引起環境方面的重大關注，因為僅消耗了極少量的這些元素并將它們牢固地結合在晶體結構中。”

復雜的努力

為可持續性設計創新是一項非常復雜的工作，在新興技術的決策背后隱藏了許多無法預料的折衷和機會成本。布蘭科：“至關重要的是，我們認真，系統地思考決策的后果。這需要大量的數據和建模，但是為我們指導如何設計過程和設備以避免有害影響提供了指導。面對新技術的潛在問題，我們將來可能會錯失重要機會。我們現在可以放心地說，III-V / Si串聯太陽能電池有很大的潛力在將來提高轉換效率。這可能導致更少的材料需求并最終降低對環境的影響。我們希望他的技術將很快成為現實。”